KR20090061069A - 이득 보상을 갖는 광학 홀로그래픽 장치와 방법 - Google Patents

이득 보상을 갖는 광학 홀로그래픽 장치와 방법 Download PDF

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플로리스 엠. 에이치. 크롬프보에
프랭크 제이. 피. 슈어만
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은, 홀로그래픽 기록매체(106)에 기록된 데이터 페이지를 판독하는 광학 홀로그래픽 장치와 이에 대응하는 방법에 관한 것이다. 비트 에러 레이트를 향상시키기 위해, 암 및 명 화소들의 패턴을 포함하는 별개의 바둑판 페이지로부터, 또는 검출된 결상 데이터 페이지로부터 암 화상 및 명 화상을 재구성하는 재구성수단(115)이 제공되고, 재구성된 암 화상 및 명 화상을 사용하여 이득 보상에 의해 검출된 결상 데이터를 교정하는 화상 교정수단(116)이 제공된다.
기록매체, 광학 홀로그래픽 장치, 이득 보상, 재구성, 화상 교정

Description

이득 보상을 갖는 광학 홀로그래픽 장치와 방법{OPTICAL HOLOGRAPHIC DEVICE AND METHOD WITH GAIN COMPENSATION}
본 발명은, 홀로그래픽 기록매체에 기록된 데이터 페이지를 판독하는 광학 홀로그래픽 장치와 이에 대응하는 방법에 관한 것이다. 더구나, 본 발명은 이와 같은 광학 홀로그래픽 장치에서 사용되는 전자장치와 이에 대응하는 방법에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 상기한 방법을 소프트웨어로 구현하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
홀로그래픽 데이터 저장 시스템(Holographic Data Storage Systems: HDSS)은 높은 데이터 용량(12cm 디스크 상에 1TByte) 및 높은 데이터 레이트(Gbit/s)를 약속한다. 종래기술의 광학 저장과 비교할 때 홀로그래픽 데이터 저장의 이점은, 이것이 매체의 실질적인 3D 용적을 이용하여 데이터를 저장함으로써 고용량을 가능하게 한다는 것이다. 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 개요에 대해서는 "Holographic Data Storage Systems", Lambertus Hesselink, Sergei S. Orlov, and Matthew C. Bashaw, Proceedings of the IEEE, vol. 92, no. 8, pp. 1231-1280, 2004에 기재되어 있다.
현재 알려져 있는 대부분의 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은 소위 페이지 기반의 저장 시스템을 사용한다. 이들 시스템에서는 페이지들 또는 화상들이 화상 검출기(예를 들어 CCD 또는 CMOS 칩)에 의해 판독된다. 기록 및 판독을 위해 사용되는 화상 검출기들이나 레이저 빔들의 프로파일의 불균일은 어떤 화소들이 0의 비트값 또는 1의 비트값을 표시하는지 파악하기 곤란하게 만든다. 이와 같은 에러를 검출하기 위해, 예를 들어 US 5,838,650에는, 홀로그래픽 매체에 삽입된 정렬 마크들을 이용하는 몇가지 방법이 제안되어 있다. 정렬 마크들이 검출되고, 검출기 상에서 올바른 정렬 마크들이 검색될 때까지 홀로그래픽 매체를 병진 및 회전 운동시킨다. 그러나, 정렬 마크들이 홀로그래픽 매체에서 공간을 필요로 하여, 사용가능한 데이터 밀도를 줄이므로, 이와 같은 검출방법은 고밀도 홀로그래픽 매체에 대해서는 적합하지 않다. WO 2005/057584 A1에 개시된 또 다른 방법은, 검출된 결상된(imaged) 데이터 페이지의 모아레 패턴을 검출하고, 이 모아레 패턴의 함수로써 결상된 데이터 페이지를 수정하는 것을 제안하고 있다.
결국, 본 발명의 목적은, 특히 비트 에러 레이트를 향상시키기 위해, 전술한 에러를 교정하고 비트를 정확하게 검출할 수 있는 개량된 능력을 갖는, 홀로그래픽 기록매체에 기록된 데이터 페이지를 판독하는 광학 홀로그래픽 장치와 이에 대응하는 방법을 제공함에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 이와 같은 광학 홀로그래픽 장치에서 사용되는 전자장치와 이에 대응하는 방법과, 상기한 방법들을 구현하는 컴퓨터 프로그램을 제공함에 있다.
상기한 목적은, 본 발명에 따르면, 청구항 1에 기재된 광학 홀로그래픽 장치에 의해 달성되는데, 상기 장치는,
- 결상된 데이터 페이지를 형성하는 화상 형성수단과,
- 상기 결상된 데이터 페이지를 검출하는 화상 검출수단과,
- 암(dark) 및 명(light) 화소들의 패턴을 포함하는 별개의 바둑판 페이지로부터 또는 상기 검출된 결상 데이터 페이지로부터 암 및 명 화상을 재구성하는 재구성(reconstruction)수단과,
- 상기 재구성된 암 및 명 화상들을 사용하는 이득 보상에 의해 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는 화상 교정수단을 구비한다.
상기한 목적은, 본 발명에 따르면, 청구항 9에 기재된 전자장치에 의해 더 달성되는데, 상기 전자장치는,
- 암 및 명 화소들의 패턴을 포함하는 별개의 바둑판 페이지로부터 또는 상기 검출된 결상 데이터 페이지로부터 암 및 명 화상을 재구성하는 재구성수단과,
- 상기 재구성된 암 및 명 화상들을 사용하는 이득 보상에 의해 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는 화상 교정수단을 구비한다.
상기한 목적은, 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 상에서 실행될 때, 컴퓨터가 청구항 10 또는 11에 기재된 방법의 단계들을 수행하게 하는 프로그램 코드수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램에 의해 더 달성된다.
대응하는 방법들은 또 다른 독립항에 기재되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에 기재되어 있다. 이때, 전자장치, 방법들과 컴퓨터 프로그램은 종속항들에 기재된 것과 유사하거나 및/또는 동일한 바람직한 실시예들을 갖는다는 것이 자명하다.
본 발명은 검출된 화상 그 자체 또는 별개의 바둑판 페이지로부터 전술한 불균일을 추출한다는 착상에 근거를 두고 있다. 그후, 이와 같은 정보는 전체 화상에 대해 개별적인 화소들의 이득 보상을 위해 사용되어, 결국 비트 검출을 향상시킨다.
홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서는, 2개의 레이저 빔에 의해 생성된 간섭 패턴으로서 데이터가 매체에 저장된다. 1개의 빔은 데이터를 포함하고 1개의 빔은 간섭 패턴을 형성하기 위한 기준빔으로 사용된다. 판독중만 아니라 데이터의 기록 중의 레이저 빔의 공간 광 강도 불안정은 판독시에 얻어진 화상에 바람직하지 않은 변동를 일으킨다. 또한, 화상 검출기의 불균일한 화소 응답도 이와 같은 바람직하지 않은 변동에 추가된다. 더구나, 데이터가 기록되는 매체는 레이저 광을 불균일하게 산란시켜, 화상의 강도 불안정을 더욱 심각하게 만들 수도 있다. 이들 변동은 어느 화소들이 '0'을 표시하고 어느 화소들이 '1'을 표시하는지 파악하기 위한 슬라이서 레벨의 결정을 곤란하게 만든다. 예를 들면, 화상의 한 부분에서 '0'을 표시하는 화소값은 화상의 다른 부분에서 '1'을 표시하는 화소 값과 같을 수 있다.
따라서, 별개의 암 화상(예를 들어, 비트값 '0'을 갖는 모든 비트들)과 명 화상(예를 들어, 비트값 '1'을 갖는 모든 비트들)을 취하여 검출기의 불균일한 화소 응답과 레이저 빔 불안정을 각각 보상한다. 이상적인 경우에 매체가 등방적으로 이들 화상들이 매체에서 판독된 모든 데이터 페이지들을 교정하는데 충분할 것이다. 그러나, 실제로는, 매체가 전제 매체 용적에 걸쳐 등방적으로 산란하지 않으므로, 이방성 산란을 보상하기 위해 이들 암 및 명 화상들을 더 빈번하게 검색해야 한다. 이와 같은 구성은 사용자 데이터를 위한 기억 공간, 이에 따라 데이터 밀도의 감소를 일으킨다. 따라서, 암 및 명 페이지들의 수를 줄이는 것이 유리하다.
따라서, 별개의 암 페이지와 별개의 명(백) 페이지 대신에, 1개의 페이지로 인터리브된 2개의 페이지들을 사용하거나 검출된 결상 데이터 페이지에서 직접 2개의 페이지를 검색하는 것이 더 제안된다. 완전한 명 페이지와 완전한 암 페이지가 이것으로부터 재구성되고, 그후 이들 재구성된 암 및 명 페이지를 사용하여 사용자 데이터 페이지들의 이득 보상을 한다. 이에 따르면 명 화소값들과 암 화소값들의 변동이 줄어든다. 이것은 비트 인식을 향상시키고 이에 따라 비트 에러 레이트(BER)를 증진시킨다.
바람직하게는, 검출된 경상 데이터 페이지에서 암 화상이 감산되고, 그 결과 얻어진 화상을 명 화상으로 나누어 교정된 화상 데이터 페이지를 얻도록 이득 보상이 행해진다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 바둑판 페이지에 있는 암 및 명 화소들을 측정하고 상기 측정된 암 및 명 화소들 사이의 빠진 화소들을 보간하여 완전한 암 및 명 화상들을 얻음으로써 상기 암 및 명 화소들의 패턴을 포함하는 별개의 상기 바둑판 페이지로부터 암 및 명 화상이 재구성된다. 상기한 바둑판 페이지는 바람직하게는 암 및 명 화소들의 규칙적인 패턴을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 암 및 명 화소들의 블록이 전체 바둑판 페이지에 걸쳐 (바람직하게는 주기적인) 패턴으로 교대로 배치된다. 먼저 암 및 명 화소들을 디인터리브한 후, 빠진 정보를 보간함으로써, 암 화상과 명 화상이 유도되어 다음의 이득 보상에서 사용된다.
이와 달리, 암 화상과 명 화상을 검출된 결상 데이터 페이지에서 직접 추출함으로써 바둑판 페이지를 사용하는 실시예에 비해 오버헤드를 상당히 줄인다.
상기한 아이디어를 채용하는 제 1 실시예에 따르면, 상기 재구성수단은,
- 특히 슬라이서 레벨 검출에 의해, 검출된 결상 데이터 페이지의 화소들의 비트값들을 판정하는 화소값 판정부와,
- 제 1 비트값을 갖는 화소들만을 암 화소들로 선택하여 암 화상을 판정하고, 상기 제 1 비트값과 다른 제 2 비트값을 갖는 화소들만을 명 화소들로 선택하여 명 화상을 판정하는 암 및 명 화상 판정부와,
- 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는데 사용되는 저역 필터링된 암 화상과 저역 필터링된 명 화상을 생성하기 위해, 상기 암 화상과 상기 명 화상을 저역 필터링하는 화상 처리부와,
- 소정의 중지 기준이 충족되었는지 여부를 검사하는 검사부와,
- 상기 소정의 중지 기준을 충족하지 못한 경우에, 상기 화상 처리부에 의해 상기 암 화상과 상기 명 화상을 저역 필터링하는데 사용되는 차단 주파수(cut-off frequency)를 변경하는 파라미터 설정부를 구비하고,
상기 소정의 기준이 충족될 때까지 상기 암 화상 및 명 화상의 상기 재구성을 반복 수행한다.
상기한 아이디어를 채용하는 제 2 실시예에 따르면, 상기 재구성수단은,
- 특히 슬라이서 레벨 검출에 의해, 검출된 결상 데이터 페이지의 화소들의 비트값들을 판정하는 화소값 판정부와,
- 제 1 비트값을 갖는 화소들만을 암 화소들로 선택하여 암 화상을 판정하고, 상기 제 1 비트값과 다른 제 2 비트값을 갖는 화소들만을 명 화소들로 선택하여 명 화상을 판정하는 암 및 명 화상 판정부와,
- 상기 암 화상 및 상기 명 화상의 영역을 선택하고, 암 화소들로 선택된 상기 영역의 화소들의 비트값들의 평균을 취하고 명 화소들로 선택된 상기 영역의 화소들의 비트값들의 평균을 취하여 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는데 사용되는 평균값이 취해진 암 화상과 평균값이 취해진 명 화상을 얻는 화상 처리부와,
- 소정의 중지 기준이 충족되었는지 여부를 검사하는 검사부와,
- 상기 소정의 중지 기준을 충족하지 못한 경우에, 상기 화상 처리부에 의해 사용된 상기 암 화상 및 상기 명 화상의 상기 영역의 크기 및/또는 위치를 변경하는 파라미터 설정부를 구비하고,
상기 소정의 기준이 충족될 때까지 상기 암 화상 및 명 화상의 상기 재구성을 반복 수행한다.
기본적으로, 상기 실시예들에 따르면, 수학적으로 검출된 결상 데이터 페이지와 사용자 정의 윈도우 사이에서 콘볼루션(convolution)이 취해지며, 이때 이 사용자 윈도우의 크기는 차단 주파수를 결정한다. 일반적으로, 전체 데이터 페이지에 대한 윈도우의 크기가 클수록 차단 주파수가 더 높아진다는 사실이 성립한다.
처음에는, 암 화상 및 명 화상의 반복 재구성의 후속 단계들에서 사용하기 위해, 특히 슬라이서 레벨 검출에 의해, 전체 검출된 결상 데이터 페이지의 화소들의 비트값들이 결정된다.
이들 두가지 실시예에서는, 암 및 명 화상 판정부에서, 제 1 비트값을 갖는 화소들만을 선택하여 암 화소가 판정되고, 제 1 비트값과 다른 제 2 비트값을 갖는 화소들만을 선택하여 명 화소들이 판정된다. 이때, 제 1 또는 제 2 비트값은 각각 예를 들어 임게값보다 작은 제 1 범위의 비트값들과, 예를 들어 상기 임계값보다 큰 제 2 범위의 비트값들을 의미한다.
상기 실시예들에서는, 상기 검사부가 비트 에러 레이트가 교정된 결상 검출 데이터 페이지에서 증가되었는지 여부를 검사하도록 구성되고, 상기 비트 에러 레이트가 증가한 경우에는, 상기 파라미터 설정부가 각각 차단 주파수를 증가시키거나 상기 영역의 크기를 줄이도록 구성되며, 상기 비트 에러 레이트가 증가한 경우에는, 각각 차단 주파수를 감소시키거나 상기 영역의 크기를 증가시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
그러나, 일반적으로는, 상기 소정의 기준으로서 다양한 기준이 사용될 수 있는데, 즉 이 기준이 사용자에 의해 설정될 수 있다. 바람직한 기준들로는, 소정의 반복 회수, 소정의 비트 에러 레이트 또는 소정의 차단 주파수 또는 상기 영역의 크기를 들 수 있다.
이하, 다음의 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다:
도 1은 본 발명에 따른 광학 홀로그래픽 장치를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 암 화상 및 명 화상의 재구성을 나타낸 것이며,
도 3은 본 발명의 상기 제 1 실시예에 따른 바둑판 페이지의 사용을 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학 홀로그래픽 장치의 재구성부를 나타낸 것이며,
도 5는 상기 제 2 실시예에 따른 암 화상 및 명 화상의 재구성을 나타낸 것이고,
도 6은 또 다른 실시예에 따른 재구성의 주 스텝들을 예시한 흐름도이다.
도 1은 위상 공역 판독을 사용하는 본 발명에 따른 광학 홀로그래픽 장치를 나타낸 것이다. 이와 같은 광학장치는, 방사원(100), 시준렌즈(101), 제 1 빔 스플리터(102), 공간 광 변조기(spatial light modulator)(103), 제 2 빔 스플리터(104), 렌즈(105), 제 1 편향기(107), 제 1 망원경(108), 제 1 거울(109), 반파장판(110), 제 2 거울(111), 제 2 편향기(112), 제 2 망원경(113), 검출기(114), 재구성부(115) 및 화상 교정부(116)를 구비한다. 이 광학장치는 홀로그래픽 매 체(106)에 데이터를 기록하고 이 매체에서 데이터를 판독하도록 의도된다.
재구성부(115)와 화상 교정부(116)는, 별개로 유통되고, 예를 들어, 기존의 홀로그래픽 광학장치들에 부가될 수 있는 전용 집적회로나 기타 하드웨어 등의 전자장치(117)를 구성하는 것이 바람직하다. 이와 달리, 재구성부(115)와 화상 교정부(116)의 기능은, 예를 들면 컴퓨터나 마이크로프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어로 구현될 수도 있다.
홀로그래픽 매체(106)에 데이터 페이지를 기록하는 동안, 방사원(100)에 의해 발생된 방사빔의 절반이 제 1 빔 스플리터(102)를 사용하여 공간 광 변조기(103)를 향해 전송된다. 이와 같은 방사빔의 부분은 신호빔 SB로 불린다. 방사원(100)에 의해 발생된 방사빔의 절반이 제 1 편향기(107)를 사용하여 망원경(108)을 향해 편향된다. 이와 같은 방사빔의 부분은 기준빔(reference beam)(RB)으로 불린다. 신호빔 SB는 공간 광 변조기(103)를 사용하여 공간 변조된다. 공간 광 변조기(103)는 기록하고자 하는 데이터 페이지의 0 및 1 데이터 비트들에 대응하는 투과 영역들과 흡광 영역들을 포함한다. 신호빔이 공간 광 변조기(103)를 통과한 후, 이 신호빔은 홀로그래픽 매체(106)에 기록하고자 하는 신호, 즉 기록하고자 하는 데이터 페이지를 보유한다. 그후, 신호빔이 렌즈(105)를 사용하여 홀로그래픽 매체(106)에 초점이 맞추어진다.
기준빔 RB도 제 1 망원경(108)을 사용하여 홀로그래픽 매체(106)에 초점이 맞추어진다. 이에 따라, 신호빔 SB와 기준빔 RB 사이의 간섭의 결과로써 간섭 패턴의 형태로 홀로그래픽 매체(106)에 데이터 페이지가 기록된다. 홀로그래픽 매 체(106)에 데이터 페이지가 기록된 후, 또 다른 데이터 페이지가 홀로그래픽 매체(106)의 동일한 위치에 기록된다. 이를 위해, 이 데이터 페이지에 대응하는 데이터가 공간 광 변조기(103)로 전송된다. 제 1 편향기(107)가 회전하여 홀로그래픽 매체(106)에 대한 기준빔의 각도가 변형된다. 제 1 망원경(108)을 사용하여 기준빔 RB를 회전하는 동안 동일한 위치로 유지한다. 이에 따라 홀로그래픽 매체(106)의 동일한 위치에 다른 패턴을 갖고 간섭 패턴이 기록된다. 이것은 각도 다중화(angle multiplexing)로 불린다. 복수의 데이터 페이지들이 기록되는 홀로그래픽 매체의 동일한 개소는 북(book)으로 불린다.
이와 달리, 동일한 북에 다양한 데이터 페이지들을 기록하기 위해 방사빔의 파장이 조정될 수도 있다. 이것은 파장 다중화라고 부른다. 홀로그래픽 매체(106)에 데이터 페이지들을 기록하기 위해 시프트 다중화(shift multiplexing) 등의 다른 종류의 다중화가 사용될 수도 있다. 이와 같은 다중화 기술들은 전술한 문헌 "Holographic Data Storage Systems"에도 기재되어 있다.
홀로그래픽 매체(106)에서 데이터 페이지를 판독하는 동안, 공간 광 변조기(103)가 완전히 흡광성을 갖게 만듦으로써, 빔의 어떤 부분도 공간 광 변조기(103)를 통과할 수 없다. 제 1 편향기(107)가 제거되므로, 빔 스플리터(102)를 통과하는 방사원(100)에 의해 발생된 빔 부분이 제 1 거울(109), 반파장판(110) 및 제 2 거울(111)을 통해 제 2 편향기(112)에 도달한다. 각도 다중화를 사용하여 데이터 페이지들을 홀로그래픽 매체(106)에 기록한 후 주어진 데이터 페이지를 판독하고자 하면, 홀로그래픽 매체(106)에 대한 제 2 편향기의 각도가 이 주어진 홀로 그램을 기록하는데 사용되었던 각도와 동일하도록 제 2 편향기(112)를 배치한다. 따라서, 제 2 편향기(112)에 의해 편향되어 제 2 망원경(113)에 의해 홀로그래픽 매체(106)에 초점이 맞추어진 신호는 이 주어진 홀로그램을 기록하는데 사용되었던 기준신호의 위상 공역이다. 예를 들어 파장 다중화를 사용하여 홀로그래픽 매체(106)에 데이터 페이지들을 기록한 후 주어진 데이터 페이지를 판독하고자 하면, 동일한 파장을 사용하여 이 주어진 데이터 페이지를 판독한다.
그후, 기준신호의 위상 공역이 정보 패턴에 의해 회절되어, 재구성된 신호빔을 발생하는데, 그후 이것은 렌즈(105)와 제 2 빔 스플리터(104)를 통해 검출기(114)에 도달한다. 이에 따라, 결상된 데이터 페이지가 검출기(114) 위에 형성되어, 상기 검출기(114)에 의해 검출된다. 검출기(114)는 픽셀들을 구비한다. 일 실시예에서는 각각의 픽셀이 결상된 데이터 페이지의 1 비트에 대응하지만, (바람직한 실시예인) 또 다른 실시예에서는 검출기(114)가 결상된 데이터 페이지보다 많은 수의 픽셀들을 갖는데, 즉 검출기(114)에 의해 상이 오버샘플링된다. 어떤 경우라도, 결상된 데이터 페이지의 1 비트 또는 주어진 수의 비트들이 검출기(114)의 대응하는 픽셀에 부딪치도록, 결상된 데이터 페이지가 검출기(114)와 조심스럽게 정렬되어야 한다.
이때, 시스템에 자유도가 많으므로, 결상된 데이터 페이지가 검출기(114)와 항상 조심스럽게 정렬되는 것은 아니다. 예를 들어, 재구성된 신호빔의 축에 수직한 방향으로의 검출기(114)에 대한 홀로그래픽 매체(106)의 변위는 병진 오정렬(translational misalignment)을 일으킨다. 홀로그래픽 매체(106) 또는 검출 기(114)의 회전은 결상된 데이터 페이지와 검출기(114) 사이의 각도 에러(angular error)를 일으킨다. 재구성된 신호빔의 축에 평행한 방향으로의 검출기(114)에 대한 홀로그래픽 매체(106)의 변위는 확대 에러(magnification error)를 일으키는데, 이것은 결상된 데이터 페이지의 비트(또는 주어진 수의 비트들)의 크기가 검출기(114)의 픽셀의 크기와 다르다는 것을 의미한다.
더구나, 전술한 것과 같이, 데이터 판독 뿐만 아니라, 데이터의 기록중의 레이저 빔의 공간 광 강도 변동은 판독시에 얻어진 상에 바람직하지 않은 변이를 일으킨다. 더구나, 상 검출기(114)의 불균일한 픽셀 응답이 이와 같은 바람직하지 않은 변위에 추가된다. 더욱이, 홀로그래픽 매체(106)는 레이저 광을 불균일하게 산란시켜, 상의 강도 변동을 더욱 더 심각하게 만든다. 이와 같은 변이가 정확한 비트 검출을 어렵게 만든다.
이때, 본 발명에 따르면, 재구성부(115)가 제공되어 암 화소 및 명 화소의 패턴을 포함하는 별개의 바둑판 페이지로부터 또는 상기 검출된 결상 데이터 페이지로부터 암 화상(예를 들어, 비트값 '0'을 갖는 모든 비트들)과 명 화상(예를 들어, 비트값 '1'을 갖는 모든 비트들)을 재구성하고, 화상 교정부(116)가 제공되어 상기 재구성된 암 화상 및 명 화상을 사용하는 이득 보상에 의해 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정한다. 이에 따르면, 검출기(114)의 불균일한 화소 응답과 레이저 빔 불안정의 보상이 각각 얻어진다.
이상적인 경우에 매체가 등방적으로 산란하는 경우, 매체(106)에서 판독된 모든 데이터 페이지들을 교정하는데 1개의 암 화상과 1개의 명 화상이 충분할 것이 다. 그러나, 실제로는, 매체(106)가 전체 매체 용적에 걸쳐 등방적으로 산란되지 않으므로, 이방성 산란을 보상하기 위해 이들 암 화상과 명 화상이 더 빈번하게 검색될 필요가 있다. 이것은 사용자 데이터를 위한 기억 공간, 이에 따라 데이터 밀도의 감소를 일으킨다.
암 화상 및 명 화상의 수를 줄이기 위해, 2개의 페이지를 1개의 (명확하게 제공된) 페이지로 인터리브하고, 이것을 매체에 데이터 페이지들과 함께 저장한 후, 별도로 판독하여 화상 교정을 위해 사용하거나, 검출된 결상 데이터 페이지로부터 2개의 페이지를 직접 검색하는 것이 더 제안된다. 이것으로부터 재구성부에서 완전한 명 페이지와 완전한 암 페이지가 재구성되고, 그후 화상 교정부(116)에서 이들 재구성된 암 페이지와 명 페이지를 사용하여 사용자 데이터 페이지들의 이득 보상을 한다. 이에 따라, 명 화소값들과 암 화소값들의 변동이 줄어든다. 이것은 비트 인식과 이에 따라 비트 에러 레이트(BER)를 향상시킨다.
도 2는 바둑판 페이지에서 본 발명의 제 1 실시예에 따라 암 화상과 명 화상을 재구성하는 것을 나타낸 것으로, 이때 암 화소 및 명 화소(또는 1개의 암 및 백 화소(white pixel))의 블록들이 전체 바둑판 페이지에 걸쳐 (바람직하게는 주기적인) 패턴으로 교대로 배치('인터리브')된다. 암 화소들과 명 화소들이 판독중에 측정되어 디인터리브되고, 보간에 의해 빠진 정보가 얻어진다. 도 2의 좌측은 화상의 한 행에 있는 인터리브된 암 및 명 화소들을 나타낸 것이다. 디인터리빙후에(우측 부분) 보간에 의해 빠진 암 화소와 백 화소들이 재구성된다. 암 화상(210)과 명 화상(22)으로의 바둑판 페이지(200)의 상기한 디인터리빙을 도 3에 개략적으로 도시 하였다.
보간을 위해, 선형 보간이나 스플라인(spline)을 이용하는 보간 등의 다양한 방법이 사용될 수 있다. 보간의 정밀도는 바둑판 무늬의 크기에 의존하는데, 바둑판 무늬가 더 작을수록 보간이 더 양호하다. 바둑판 무늬의 크기, 따라서 보간의 정밀도와, 바둑판 무늬들이 암 화소들의 블록들이나 명 화소들의 블록들로서 얼마나 잘 인식될 수 있는지 사이에 타협점이 존재한다. 바둑판의 주기적인 패턴은 어느 화소 블록들이 어둡고 어느 화소 블록들이 밝은지 판정하는데 크기 도움이 된다. 예를 들어 표준에서, 화상의 발생원과 바둑판 무늬들의 방향 및 크기가 지정되면, 다음 화소들의 블록의 위치를 매우 정확하게 판정할 수 있다.
명 화상과 암 화상이 재구성되면, 이들을 사용하여 이득 보상에 의해 데이터 화상들을 교정한다. 먼저, 암 화상을 데이터 화상에서 감산하고, 그 결과 얻어진 화상을 명 화상으로 나누어 이 화상을 정규화하는데, 즉 교정된 화상 = (원래 화상-암 화상)/(명 화상).
북마다 단지 1개의 암 화상과 1개의 명 화상만을 필요로 하도록 홀로그래픽 데이터 저장 시스템이 구성된 경우에는 바둑판 패턴이 탁월한 해결책이 된다. 북마다의 전형적인 페이지들(화상들)은 수백개(∼200)의 범위를 가지므로, 단지 1개의 바둑판의 오버헤드는 무시할 수 있다. 그러나, 매체의 결함으로 인해, 모든 데이터 페이지에 대해 암 화상과 명 화상을 별개로 얻는 것이 불필요할 수도 있다. 이와 같은 경우에는 200개의 데이터 페이지에 대해 200개의 바둑판 페이지가 필요하여 바람직하지 않게 큰 오버헤드를 발생하게 될 것이다. 화상들의 변동에 대한 정보가 화상들 그 자체에 삽입되므로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제안된 것과 같이, 데이터 페이지 그 자체에서 직접 암 화상과 명 화상을 추출함으로써 이와 같은 오버헤드를 실제적으로 제거할 수 있다.
도 1에 도시된 광학 홀로그래픽 장치에서 사용되는 본 실시예에 따른 재구성부(115)의 일 실시예를 도 4에 개략적으로 도시하였다. 이때, 암 화상과 백 화상의 추출은 몇 개의 반복단계로 행해진다.
먼저, 화소값 판정부(301)에서는, 특히 슬라이서 레벨 검출에 의해, 검출된 결상 데이터 페이지의 화소값의 비트값들이 검출된다. 이에 따라, 도 5에 도시된 결상되고 검출된 데이터 페이지(400)의 해칭된 블록들 D와 백 블록들 W로 도시된 것과 같이, 어느 화소들의 밝고 어느 화소들이 어두운지 판정한다. 이것이 행해지면, 암 및 명 화상 판정부(302)에서, 예를 들어 '0'의 제 1 비트값이 주어진 화소들만을 고려하여 화상에서 암 화상이 추출되고, 마찬가지로, 예를 들어 '0'의 (제 1 비트값과 다른) 제 2 비트값이 주어진 화소들만을 고려하여 명 화상이 추출된다.
그러나, 최초의 반복 단계에서는 일부의 화소들이 상기한 화소값 판정부(301)에 의해 도 5에 도시된 것과 같이 잘못 판정될 수 있는데, 이 도면에서 EW는 잘못 판정된 명 화소들을 표시하고 ED는 잘못 판정된 암 화소들을 표시한다. 반복처리를 통한 이들 비트 에러의 전파를 방지하기 위해, 명(또는 암) 화소들이 동일한 값을 갖도록 명 화소들(또는 암 화소들)의 그룹의 평균값이 취해져, 잘못된 화소값들의 영향이 크게 줄어든다. 이것은, 화상 처리부(303)에서, 바람직하게는, 구성된 명(또는 암) 화상들을 저역 필터링함으로써, 예를 들어 4x4 그룹의 화소들 의 평균을 취함으로써 행해진다. 그후, 이와 같은 방법으로 생성된 암 및 명 화상들을 사용하여, 특히 상기한 화상 교정부(116)를 이용함으로써, 데이터 화상을 교정한다.
그후, 검사부(304)에서는, 소정의 중지 기준을 충족하였는지 여부를 검사한다. 이와 같은 중지 기준은, 예를 들면, 각각 소정의 반복 회수, 소정의 비트 에러 레이트, 또는 소정의 차단 주파수 또는 상기한 영역의 크기일 수 있다. 예를 들어, 장치의 오류정정(미도시)이 나머지 비트 에러를 처리할 수 있을 때까지 반복이 계속된다.
소정의 중지 기준이 충족되면, 대응하는 신호가 화상 교정부(166)로 다시 주어져, 교정된 화상을 최종 화상으로 이용하여 그것을 출력한다.
소정의 중지 기준이 충족되지 않으면, 더 적은 비트 에러가 예상되므로, 대응하는 신호가 파라미터 설정부(305)로 공급되어 다음 반복 단계(예들 들어, 3x3 그룹의 화소들의 평균을 취한다)에서 저역 필터의 차단 주파수를 증가시킨다. 또 다시 명 화상과 암 화상이 재구성되어 데이터 화상으로 적용된다. 바둑판 패턴법에 비해 이와 같은 방법은 반복처리로 인해 더 많은 시간을 필요로 하지만, 오버헤드를 크게 줄인다.
상기한 스텝들은 상기 소정의 기준이 충족될 때까지 반복적으로 행해진다.
또 다른 이와 상당히 유사한 실시예에 따르면, 재구성부(115)가 대체로 동일한 구성요소들을 갖지만, 화상 처리부(303)가 상기 검출되고 결상된 데이터 페이지(400)의 상기 영역 F를 직접 선택하도록 구성된다. 특히, 화상 처리부(303)는 상 기 암 화상과 상기 명 화상의 영역을 직접 선택하고, 암 화소들로 선택된 상기 영역에 있는 화소들의 비트값들의 평균을 취하고 명 화소들로 선택된 상기 영역에 있는 화소들의 비트값들의 평균을 취하여 평균값이 취해진 암 화상과 평균값이 취해진 명 화상을 얻은 후, 이것을 사용하여 상기 검출되고 결상된 데이터 페이지를 교정한다. 더구나, 상기한 소정의 중지 기준이 충족되지 않으면, 파라미터 설정부(305)는 상기 화상 처리부(303)에 의해 사용된 상기 암 화상 및 상기 명 화상에 있는 상기 영역의 크기 및/또는 위치를 변경하도록 구성된다. 다른 모든 스텝들과 구성요소들은 도 4를 참조하여 전술한 실시예에서와 동일하거나 적어도 이 실시예에서의 스텝들 및 구성요소들과 동등하다.
바람직하게는, 검사부는 교정되고 검출된 데이터 페이지에서 비트 에러 레이트가 증가되었는지 여부를 검사하도록 구성되고, 상기한 비트 에러 레이트가 감소하였으면, 상기 파라미터 설정부(305)가 차단 주파수를 증가시키거나 상기 영역의 크기를 줄이고, 상기 비트 에러 레이트가 증가하였으면, 차단 주파수를 감소시키거나 상기 영역의 크기를 증가시키도록 구성된다.
도 6에 도시된 흐름도도 본 발명의 바람직한 실시예의 주 스텝들을 나타내고 있다. 제 1 스텝 1에서는, 데이터 화상에서 어떤 화소들이 밝고 어떤 화소들이 어두운지 판정한다. 그러나, 이들 화소 중에서 일부가 어둡거나 밝은 것으로 잘못 판정된다. 그후, 스텝 s2에서는, 예를 들어 6x6 화소들의 그룹이 데이터 페이지에서 결정된다. 이 그룹 중에서 밝게 판정된 모든 화소들의 평균값이 스텝 S3에서 취해져, 이 값이 명 화상의 대응하는 6X6 화소들 각각에 할당된다. 잘못 판정된 화소들 의 기여를 줄이기 위해 이와 같은 평균값 계산, 또는 저역 필터링(평균화 윈도우(averaging window)=6x6)이 행해진다. 암 화소들에 대해 스텝 S4에서와 유사한 과정이 반복된다. 이에 따라 암 화상 및 명 화상이 생성되고, 그후 이들 화상은(스텝 S5에서) 사용되어 데이터 페이지를 정규화(교정)한다.
다음 스텝은 제 1 스텝 S1으로 되돌아가, 어떤 화소들이 밝고 어떤 화소들이 어두운지 디시 판정한다. 비트 에러 레이트가 충분히 낮거나(이것은 스텝 S6에서 감사하는데 최초의 반복에서는 생략하였다), 또는 다른 말로 하면 오류 정정방식이 비트 에러를 처리할 수 있는 경우에는, 반복이 중지된다(스텝 S7). 그렇지 않으면, 스텝 S3 및 S4에서 이와 다른 평균화 윈도우에 근거하여 새로운 암 화상 및 명 화상이 생성된다. 비트 에러 레이트가 더 높으면, 더 큰 평균화 윈도우(예를 들어 8x8 화소들), 즉 더 낮은 차단 주파수를 선택하는 것이 가능하다. 비트 에러 레이트가 더 낮으면(더 양호하면), 더 작은 평균화 윈도우(예를 들어 5x5 또는 4x4 화소들)가 선택된다. 따라서, 본 실시예에서는 평균화 윈도우 또는 차단 주파수가 비트 에러 레이트에 맞추어 적응된다.
첨부도면과 상세한 설명에서 본 발명을 상세히 예시하고 설명하였지만, 이와 같은 예시 및 설명은 단지 예시적인 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 본 발명은 개시된 실시예들에 한정되지 않는다. 일반적으로, 본 발명을 뒷받침하는 아이디어는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템 뿐만 아니라, 화상 처리가 바닥 고르기(flat fielding)와 암전류 교정(dark current correction)을 필요로 하는 다른 분야에도 적용될 수 있다.
개시된 실시예들에 대한 다른 변형예가 첨부도면, 상세한 설명 및 첨부된 청구범위의 연구를 통해 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 특허청구된 발명을 실시함으로써 이루어질 수 있다.
청구항에서, "포함한다" 또는 "구비한다"는 용어는 다른 구성요소들이나 단계들을 배제하는 것이 아니고 부정관사 "a" 또는 "an"이 복수를 배제하는 것이 아니다. 단일의 구성요소가 청구범위에 언급된 다수의 항목의 기능을 충족시킬 수도 있다. 특정한 구성이 서로 다른 종속항들에서 언급된다는 단순한 사실이 이들 구성의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 시사하는 것은 아니다.
컴퓨터 프로그램은 다른 하드웨어와 함께 또는 다른 하드웨어의 일부로서 공급된 광학 저장매체 또는 반도체 매체 등의 적정한 매체 상에 기억/배포될 수도 있으며, 다른 형태로, 예를 들어 인터넷을 통하거나 다른 유선 또는 무선 통신 시스템을 통해 배포될 수도 있다.
청구항의 모든 참조번호가 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (12)

  1. 홀로그래픽 기록매체(106)에 기록된 데이터 페이지를 판독하는 광학 홀로그래픽 장치로서,
    결상된 데이터 페이지를 형성하는 화상 형성수단(104, 105)과,
    상기 결상된 데이터 페이지를 검출하는 화상 검출수단(114)과,
    암 및 명 화소들의 패턴을 포함하는 별개의 바둑판 페이지(200)로부터 또는 상기 검출된 결상 데이터 페이지(400)로부터 암 및 명 화상을 재구성하는 재구성수단(115)과,
    상기 재구성된 암 및 명 화상들을 사용하는 이득 보상에 의해 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는 화상 교정수단(116)을 구비한 것을 특징으로 하는 광학 홀로그래픽 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화상 교정수단(116)은, 상기 검출된 결상 데이터 페이지에서 상기 암 화상을 감사하고, 그 결과 얻어진 화상을 상기 명 화상으로 나누어 교정된 화상 데이터 페이지를 얻도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학 홀로그래픽 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 재구성수단(115)은, 상기 바둑판 페이지에 있는 상기 암 및 명 화소들을 측정하고 상기 측정된 암 및 명 화소들 사이의 빠진 화소들을 보간하여 완전한 암 및 명 화상들을 얻음으로써 상기 암 및 명 화소들의 패턴을 포함하는 별개의 상기 바둑판 페이지(200)로부터 암 및 명 화상을 재구성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학 홀로그래픽 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 바둑판 페이지(200)는 암 화소 및 명 화소들의 정규 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 홀로그래픽 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 재구성수단(115)은,
    특히 슬라이서 레벨 검출에 의해, 상기 검출된 결상 데이터 페이지의 화소들의 비트값들을 판정하는 화소값 판정부(301)와,
    제 1 비트값을 갖는 화소들만을 암 화소들로 선택하여 암 화상을 판정하고, 상기 제 1 비트값과 다른 제 2 비트값을 갖는 화소들만을 명 화소들로 선택하여 명 화상을 판정하는 암 및 명 화상 판정부(302)와,
    상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는데 사용되는 저역 필터링된 암 화상과 저역 필터링된 명 화상을 생성하기 위해, 상기 암 화상과 상기 명 화상을 저역 필터링하는 화상 처리부(303)와,
    소정의 중지 기준이 충족되었는지 여부를 검사하는 검사부(304)와,
    상기 소정의 중지 기준을 충족하지 못한 경우에, 상기 화상 처리부에 의해 상기 암 화상과 상기 명 화상을 저역 필터링하는데 사용되는 차단 주파수를 변경하는 파라미터 설정부(305)를 구비하고,
    상기 소정의 기준이 충족될 때까지 상기 암 화상 및 명 화상의 상기 재구성을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 광학 홀로그래픽 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 재구성수단(115)은,
    특히 슬라이서 레벨 검출에 의해, 상기 검출된 결상 데이터 페이지의 화소들의 비트값들을 판정하는 화소값 판정부와,
    제 1 비트값을 갖는 화소들만을 암 화소들로 선택하여 암 화상을 판정하고, 상기 제 1 비트값과 다른 제 2 비트값을 갖는 화소들만을 명 화소들로 선택하여 명 화상을 판정하는 암 및 명 화상 판정부(302)와,
    상기 암 화상 및 상기 명 화상의 영역을 선택하고, 암 화소들로 선택된 상기 영역의 화소들의 비트값들의 평균을 취하고 명 화소들로 선택된 상기 영역의 화소들의 비트값들의 평균을 취하여 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는데 사용되는 평균값이 취해진 암 화상과 평균값이 취해진 명 화상을 얻는 화상 처리부(303)와,
    소정의 중지 기준이 충족되었는지 여부를 검사하는 검사부(304)와,
    상기 소정의 중지 기준을 충족하지 못한 경우에, 상기 화상 처리부에 의해 사용된 상기 암 화상 및 상기 명 화상의 상기 영역의 크기 및/또는 위치를 변경하는 파라미터 설정부(305)를 구비하고,
    상기 소정의 기준이 충족될 때까지 상기 암 화상 및 명 화상의 상기 재구성을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 광학 홀로그래픽 장치.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 검사부(304)는 비트 에러 레이트가 교정된 결상 검출 데이터 페이지에서 증가되었는지 여부를 검사하도록 구성되고, 상기 비트 에러 레이트가 증가한 경우에는, 상기 파라미터 설정부(305)가 각각 차단 주파수를 증가시키거나 영역의 크기를 줄이도록 구성되며, 상기 비트 에러 레이트가 증가한 경우에는, 각각 차단 주파수를 감소시키거나 상기 영역의 크기를 증가시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학 홀로그래픽 장치.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 검사부(304)는, 상기 소정의 기준으로서 소정의 반복 회수, 소정의 비트 에러 레이트 또는 소정의 차단 주파수 또는 상기 영역의 크기를 적용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학 홀로그래픽 장치.
  9. 홀로그래픽 기록매체(106)에 기록된 데이터 페이지를 판독하고, 결상된 데이터 페이지를 형성하는 화상 형성수단(104, 105)과, 상기 결상된 데이터 페이지를 검출하는 화상 검출수단(114)을 구비한 청구항 1에 기재된 광학 홀로그래픽 장치에서 사용되는 전자장치(117)로서,
    암 및 명 화소들의 패턴을 포함하는 별개의 바둑판 페이지로부터 또는 상기 검출된 결상 데이터 페이지로부터 암 및 명 화상을 재구성하는 재구성수단(115)과,
    상기 재구성된 암 및 명 화상들을 사용하는 이득 보상에 의해 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는 화상 교정수단(116)을 구비한 것을 특징으로 하는 전자장치.
  10. 홀로그래픽 기록매체(106)에 기록된 데이터 페이지를 판독하는 방법으로서,
    결상된 데이터 페이지를 형성하는 단계와,
    상기 결상된 데이터 페이지를 검출하는 단계와,
    암 및 명 화소들의 패턴을 포함하는 별개의 바둑판 페이지로부터 또는 상기 검출된 결상 데이터 페이지로부터 암 및 명 화상을 재구성하는 단계와,
    상기 재구성된 암 및 명 화상들을 사용하는 이득 보상에 의해 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 페이지의 판독방법.
  11. 홀로그래픽 기록매체(106)에 기록된 데이터 페이지를 판독하고, 결상된 데이터 페이지를 형성하는 화상 형성수단(104, 105)과, 상기 결상된 데이터 페이지를 검출하는 화상 검출수단(114)을 구비한 청구항 1에 기재된 광학 홀로그래픽 장치에서 사용되는 방법으로서,
    암 및 명 화소들의 패턴을 포함하는 별개의 바둑판 페이지로부터 또는 상기 검출된 결상 데이터 페이지로부터 암 및 명 화상을 재구성하는 단계와,
    상기 재구성된 암 및 명 화상들을 사용하는 이득 보상에 의해 상기 검출된 결상 데이터 페이지를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 상에서 실행될 때, 컴퓨터가 청구항 10 또는 11에 기재된 방법의 단계들을 수행하게 하는 프로그램 코드수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
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